Daniel Rothman travaille au dernier étage du Département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes du Massachusetts Institute of Technology—un grand bâtiment de béton surplombant la rivière Charles à Cambridge. Mathématicien de formation, Rothman étudie les systèmes complexes, et il a trouvé un sujet fascinant dans le comportement de la Terre. En particulier, il étudie le cycle du carbone de la planète dans un lointain passé, surtout durant les rares moments où il a dépassé un point de basculement et a dérapé hors de contrôle, nécessitant des centaines de milliers d'années pour se rétablir.
Comme toute vie sur Terre est basée sur le carbone, les perturbations majeures du cycle du carbone sont mieux connues sous le nom d'extinctions de masse. Les géologues ont fait une découverte troublante ces dernières décennies : beaucoup des extinctions de masse de la Terre—y compris la pire de toutes—n'étaient pas causées par des impacts d'astéroïdes, comme on le pensait autrefois, mais par des éruptions volcaniques massives qui ont libéré des quantités catastrophiques de CO₂ dans l'atmosphère et les océans.
Si trop de CO₂ est libéré trop rapidement, il peut submerger le cycle du carbone et déclencher une boucle de rétroaction planétaire. Les processus naturels de la Terre peuvent alors amplifier le problème, libérant encore plus de carbone et envoyant le climat dans une spirale dévastatrice qui dure 100 000 ans avant que la stabilité ne revienne. Peu importe que les niveaux de CO₂ soient initialement élevés ou bas—ce qui compte, c'est la vitesse du changement. Une augmentation rapide peut mener au désastre.
Le cycle du carbone gère normalement la libération lente et régulière de CO₂ des volcans sur des millions d'années, déplaçant le carbone entre l'air, les océans et les êtres vivants avant qu'il ne retourne finalement dans la Terre. Mais si une énorme quantité de carbone est libérée en très peu de temps—plus rapidement que la planète ne peut l'absorber—cela peut déclencher une réaction en chaîne bien plus destructrice que l'événement initial. Il pourrait exister un seuil critique qui sépare les événements de réchauffement ordinaires, auxquels la vie peut s'adapter, des extinctions incontrôlables.
Bien que cela fasse plus de 60 millions d'années que la Terre ait franchi un tel seuil pour la dernière fois, les recherches de Rothman suggèrent que nous poussons maintenant la planète sur cette même voie dangereuse. Une fois cette ligne franchie, une extinction de masse pourrait devenir inévitable, même si elle met des milliers d'années à se déployer complètement.
À travers l'histoire de la Terre, il n'y a eu que quelques moyens de libérer d'énormes quantités de carbone de la croûte vers l'atmosphère : de rares événements volcaniques massifs survenant environ tous les 50 millions d'années, et—pour autant que nous sachions—le capitalisme industriel, qui n'est arrivé qu'une fois.
Les extinctions de masse ne sont pas simplement de très mauvais événements. Elles ne sont pas des pandémies perturbant la civilisation comme le COVID-19, qui a tué moins de 1 % d'une seule espèce de primate. Elles ne ressemblent pas à la perte d'un quart de la végétation mondiale ou à la glaciation qui a stérilisé une grande partie de l'Amérique du Nord il y a 20 000 ans. Elles ne sont même pas comme les éruptions de supervolcans, qui—bien que capables de dévaster la société moderne—n'ont eu aucun effet durable sur la biodiversité mondiale. Tout cela fait partie des défis normaux de la vie sur Terre. La vie les a supportés auparavant. Elle n'est pas vulnérable aux perturbations routinières qui font partie de la vie quotidienne sur une planète volcanique. Mais bien que la Terre soit un monde robuste, résilient à toutes sortes de stress inimaginables qu'elle endure régulièrement, tous les 50 à 100 millions d'années, quelque chose de vraiment catastrophique se produit. Ce sont les grandes extinctions de masse, lorsque les conditions à la surface de la planète deviennent si hostiles partout qu'elles submergent la capacité d'adaptation de presque toute vie complexe.
Cinq fois dans l'histoire de la vie animale, cette dévastation a atteint—et dans un cas, largement dépassé—le seuil quelque peu arbitraire d'élimination de 75 % des espèces de la Terre, méritant le titre d'« extinction de masse majeure ». Les paléontologues les appellent les Cinq Grandes, bien que les archives fossiles montrent également des dizaines d'autres extinctions de masse moins sévères. La plus récente des Cinq Grandes a frappé il y a 66 millions d'années, une catastrophe mondiale suffisamment grave pour mettre fin au règne des dinosaures géants.
Elle a laissé derrière elle un cratère de 110 miles de large, découvert en 1978 sous la péninsule du Yucatán au Mexique par des géophysiciens travaillant pour la compagnie pétrolière nationale Pemex. La taille et la forme du cratère indiquaient qu'un astéroïde de six miles de large avait instantanément creusé un trou de 20 miles de profondeur dans le sol. Trois minutes plus tard, une chaîne de montagnes extrêmement temporaire de 10 miles de haut, en granite en fusion explosif, a surgi vers le haut. Dans le chaos, 76 % des espèces animales ont été anéanties.
En comparaison, les dégâts que les humains ont infligés au reste du monde vivant sont relativement modestes jusqu'à présent, représentant peut-être moins de 10 % des espèces perdues. Du moins pour l'instant. Selon une étude influente de 2011 dans Nature par le paléobiologiste Anthony Barnosky, si nous continuons à notre rythme actuel d'extinction, nous pourrions passer de notre niveau déjà alarmant—une extinction de masse mineure—à la sixième extinction de masse majeure en aussi peu que trois siècles ou jusqu'à 11 330 ans. Pour les futurs géologues, cela ne semblerait pas différent d'un impact d'astéroïde. Encore plus troublant, il pourrait y avoir des points de basculement en cours de route où les espèces restantes dans le monde disparaissent presque toutes en même temps, comme des nœuds dans un réseau électrique tombant en panne ensemble lors d'un effondrement.
Compte tenu de l'impact dévastateur des humains sur la biosphère qui a déjà eu lieu, il est glaçant de penser que le pire de notre extinction de masse est peut-être encore à venir.
Une période de l'histoire de notre planète se distingue comme particulièrement instructive—et particulièrement chaotique, volatile et mortelle—en matière de surcharge de CO2. Il y a trois cents millions d'années, la Terre a perdu à plusieurs reprises le contrôle de son cycle du carbone et a enduré 90 millions d'années d'extinctions de masse, dont deux des pires catastrophes mondiales de tous les temps, toutes deux causées par le CO2. Dans un cas, la planète a failli mourir. Le paléontologue Paul Wignall l'a décrit comme succombant à « un climat d'une malveillance sans pareille ». À la toute fin de la période permienne, il y a 252 millions d'années, assez de lave a jailli de Sibérie et s'est infiltrée dans la croûte pour enterrer les 48 États américains continentaux sous un kilomètre de roche.
Un kilomètre de profondeur.
Les vestiges de ces coulées de lave anciennes sont connus sous le nom de trapps de Sibérie. Aujourd'hui, ils forment de dramatiques gorges fluviales et des plateaux de roche noire dans la wilderness boréale reculée de Russie. Les éruptions qui les ont créées, couvrant autrefois la Sibérie sous 2 millions de miles carrés de basalte fumant, appartiennent à une classe rare de géants appelées provinces magmatiques des grandes (LIPs).
Les LIPs sont de loin les phénomènes les plus dangereux de l'histoire de la Terre, avec un bilan bien plus catastrophique que les astéroïdes. Ces volcans tueurs de planète, une fois par ère, sont totalement différents des éruptions typiques comme le Tambora, le mont Rainier ou le Krakatau—ou même Yellowstone. Imaginez si Hawaï s'était formé non pas sur des dizaines de millions d'années, dispersé à travers le Pacifique, mais d'un coup dans une brève et violente explosion. En moins d'un million d'années, et toutes dans une seule région—parfois même en explosant à travers le centre des continents—ces événements volcaniques massifs, connus sous le nom de provinces magmatiques des grandes (LIPs), sont le rappel dramatique de la Terre que notre mince croûte rocheuse et la délicate couche de vie qui la recouvre reposent au-dessus d'un moteur planétaire brassant et indifférent. Ici, d'immenses courants de roche entraînent des plaques océaniques entières vers le noyau de la planète pour être détruites et refaites. Lorsque ce processus est perturbé, les LIPs entrent en éruption comme une indigestion tectonique, inondant de vastes zones de roche volcanique. Si ces éruptions sont suffisamment grandes et rapides, elles peuvent dévaster le monde.
À la fin de la période permienne, durant la plus grande extinction de masse de l'histoire, ces éruptions auraient produit des explosions terrifiantes, causant probablement de brefs hivers volcaniques et des pluies acides. Il y a eu un empoisonnement généralisé au mercure, ainsi que des gaz toxiques de fluor et de chlore—semblables à ceux qui ont étouffé les soldats dans les tranchées de la Première Guerre mondiale. Plus crucialement, et catastrophiquement pour la vie, les éruptions ont libéré une quantité de dioxyde de carbone altérant la planète.
Fait intéressant, alors que la datation de la lave sibérienne est devenue plus précise, nous savons maintenant que l'extinction de masse n'a commencé que 300 000 ans après le début des éruptions—après que les deux tiers de la lave aient déjà inondé le nord de la Pangée avec des kilomètres de roche. C'est déroutant. Les volcans crachaient leur mélange mortel habituel depuis des centaines de milliers d'années, dépassant de loin la pollution industrielle moderne. Il y aurait eu d'innombrables explosions violentes et des tempêtes de pluie acide corrosive. Pourtant, la vie persistait ; la biosphère est résiliente. Alors pourquoi, après tant de dévastation soutenue, la vie s'est-elle soudainement effondrée dans le monde entier, même dans les océans les plus profonds de l'autre côté de la planète ?
Qu'est-ce qui a causé l'extinction de masse ? « Vous pouvez exclure les laves », dit Seth Burgess, un géologue de l'US Geological Survey. Mais quelque chose à propos de ces volcans sibériens a dû changer radicalement après 300 000 ans, déclenchant l'effondrement mondial. Alors, qu'est-ce que c'était ?
La planète a commencé à brûler ses propres combustibles fossiles.
Le résultat fut une entrée massive de carbone qui a submergé les systèmes de régulation de la Terre et a poussé le climat hors de l'équilibre.
Les volcans émettent naturellement d'importantes quantités de CO₂—jusqu'à 40 % des gaz d'un évent peuvent être du dioxyde de carbone. Mais après des siècles d'activité en surface, quelque chose de bien plus dangereux a commencé à mijoter sous terre. D'énormes nappes de magma de 1 000 pieds d'épaisseur, incapables d'atteindre la surface, se sont propagées latéralement à travers la roche profonde comme des racines incandescentes, chauffant tout sur leur passage. C'est à ce moment que les conditions sont devenues catastrophiques.
Ces intrusions magmatiques souterraines ont brûlé à travers une pile de huit miles d'épaisseur de roche russe ancienne dans le bassin de la Tunguska. Ce mille-feuille géologique comprenait des vestiges de vieilles sebkhas et de grès, mais plus critique, du calcaire riche en carbone, des gisements de gaz naturel d'anciennes mers et du charbon d'ères passées. Au contact, le magma a enflammé ces combustibles fossiles et ces roches riches en carbone, déclenchant d'énormes explosions de gaz qui ont fracturé la roche sus-jacente. En surface, des cratères d'un demi-mile de large sont entrés en éruption, libérant des gigatonnes de dioxyde de carbone et de méthane dans l'atmosphère.
Après des centaines de milliers d'années d'éruptions de surface typiques, les volcans avaient commencé à brûler le sous-sol. Les trapps de Sibérie sont entrés en éruption à une échelle massive, agissant comme d'énormes centrales au charbon, des installations de gaz naturel et des usines de ciment. Comme un scientifique a décrit l'extinction de la fin du Permien, « La combustion du charbon aurait représenté une libération incontrôlée et catastrophique d'énergie de la pile à combustible planétaire de la Terre. » Ces éruptions ont libéré d'énormes quantités de CO₂ bien trop rapidement pour que la planète puisse les absorber.
Voici une séquence probable des événements à la fin de la période permienne. Premièrement, l'excès de CO₂ a piégé plus d'énergie solaire près de la surface de la Terre—un processus physique basique compris par les scientifiques depuis plus de 150 ans. En conséquence, la planète s'est réchauffée d'environ 10°C sur des milliers d'années, poussant à la fois la vie animale et végétale à leurs limites. L'air plus chaud contient aussi plus d'humidité—environ 7 % de plus par degré de réchauffement—donc à mesure que les températures montaient, le cycle de l'eau s'est intensifié, menant à des tempêtes plus fréquentes et plus sévères.
Les océans se sont aussi réchauffés, réduisant leur teneur en oxygène. Les animaux marins, déjà en difficulté dans la chaleur, avaient besoin de plus d'oxygène, pas moins. Alors que les mers devenaient plus chaudes et plus stagnantes, la vie marine a commencé à mourir. Pire encore, le CO₂ atmosphérique s'est dissous dans l'océan sous forme d'acide carbonique, augmentant l'acidité et épuisant le carbonate que de nombreux organismes utilisent pour construire leurs coquilles. Les créatures marines sont devenues faibles, malades, ou n'ont pas réussi à former des coquilles du tout.
Avec l'effondrement de la vie océanique, le réseau trophique marin a commencé à se défaire. Sur terre, les incendies de forêt ont détruit les écosystèmes et libéré encore plus de CO₂, tandis que des tempêtes violentes frappaient les continents. Les débris des terres ont été charriés vers la mer, transportant des nutriments comme le phosphore qui ont alimenté d'énormes efflorescences algales. Quand ces efflorescences sont mortes et se sont décomposées, elles ont consommé encore plus d'oxygène, asphyxiant les océans.
Alors que le CO₂ continuait de s'échapper des trapps de Sibérie, la planète est devenue plus chaude, poussant les conditions au-delà de ce que la vie complexe pouvait endurer. Dans ces mers sans vie et privées d'oxygène, d'anciennes bactéries anaérobies—qui n'ont pas besoin d'oxygène pour survivre—ont commencé à prospérer. Certaines de ces bactéries utilisent du sulfate pour l'énergie, libérant du sulfure d'hydrogène toxique comme sous-produit. Ce gaz est mortel pour la vie respirant l'oxygène, comme on le voit aujourd'hui dans les fosses à fumier ou autour des champs pétrolifères comme ceux du bassin permien au Texas. Le poison s'est propagé à travers l'océan profond et dans les eaux peu profondes.
Le monde est devenu extrêmement chaud, ravagé par les tempêtes, et largement dépouillé de vie végétale. Les océans étaient acides, affamés d'oxygène, et émettaient des gaz toxiques de ces microbes anciens, tuant presque tout sur leur passage.
Loin des éruptions, dans les rég
